DE102008031265A1 - Cell chip system for the sensitivity analysis and biochemical process control, comprises inlet chamber, main chamber, in which cell culture chamber is present with sensor chip at its bottom area, outlet chamber, and connecting channels - Google Patents

Cell chip system for the sensitivity analysis and biochemical process control, comprises inlet chamber, main chamber, in which cell culture chamber is present with sensor chip at its bottom area, outlet chamber, and connecting channels Download PDF

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Abstract

The cell chip system (10) comprises an inlet chamber (12), a main chamber (14), in which a cell culture chamber is present with a sensor chip (22) at its bottom area, an outlet chamber (16), connecting channels (18a, 18b) provided between the inlet chamber and the cell culture chamber and between the cell culture chamber and the outlet chamber, and an adapted, vertically relocatable displacement body provided in the main chamber, which limits the cell culture chamber towards the top in the lower end point. The cell culture chamber has an exhaust chimney. The cell chip system (10) comprises an inlet chamber (12), a main chamber (14), in which a cell culture chamber is present with a sensor chip (22) at its bottom area, an outlet chamber (16), connecting channels (18a, 18b) provided between the inlet chamber and the cell culture chamber and between the cell culture chamber and the outlet chamber, and an adapted, vertically relocatable displacement body provided in the main chamber, which limits the cell culture chamber towards the top in the lower end point. The cell culture chamber has an exhaust chimney, over which the fluid present under it is derivable during vertical downward movement of the displacement body. The exhaust chimney is locked in lower end point of the displacement body. Two opposing exhaust chimneys are provided related to the main chamber. The other end of the exhaust chimney opens into a collection container, which is the inlet chamber or the outlet chamber. The exhaust chimney is designed, so that the wall is broken through between the inlet chamber or the outlet chamber and the main chamber along the entire vertical extension to above the upper end of the cell culture chamber, has a cross-section of 40-80 mm 2>, and ends 1-3 mm over the bottom of the cell culture chamber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zellchipsystem mit einer Zulaufkammer, einer Hauptkammer, in deren Bodenbereich sich eine Zellkulturkammer mit darunter angeordnetem Sensorchip befindet, sowie einer Ablaufkammer, wobei zwischen Zulaufkammer und Zellkulturkammer sowie zwischen Zellkulturkammer und Ablaufkammer jeweils Verbindungskanäle vorgesehen sind, wobei ferner ein in der Hauptkammer eingepasster, vertikal verschiebbarer Verdrängungskörper vorgesehen ist, der in der unteren Endstellung die Zellkulturkammer nach oben hin begrenzt.The The invention relates to a cell chip system with an inlet chamber, a Main chamber, in whose bottom area is a cell culture chamber with located underneath sensor chip, and a drain chamber, wherein between inlet chamber and cell culture chamber and between Cell culture chamber and drain chamber respectively connecting channels are provided, further comprising a fitted in the main chamber, provided vertically displaceable displacement body is, in the lower end position, the cell culture chamber upwards limited.

Unter Zellchipsystemen im Allgemeinen versteht man Messaufbauten, die mit Hilfe von mikroskalierten Sensorstrukturen auf unterschiedlichen Trägersubstraten in der Lage sind, metabolische und morphologische Änderungen an einer Zellkultur festzustellen. Mit Hilfe von Biosensorchips ist man in der Lage, Änderungen im extrazellulären Medium dynamisch und über Tage zu detektieren.Under Cell chip systems in general are understood to be measurement structures that with the help of microscale sensor structures on different ones Carrier substrates are capable of metabolic and morphological changes to determine a cell culture. With the help of biosensor chips is one able to make changes in the extracellular To detect medium dynamically and over days.

Von zentraler Bedeutung für das sensor-gestützte Zellmonitoring ist eine Fluidikkomponente: Zum einen erfolgt dadurch über einen geregelten Austausch von Kulturmedien die kontinuierliche Versorgung der Zellen mit Nährstoffen und der Abtransport von Metaboliten. Weiterhin ermöglicht das System die genau dosierte Zugabe von Wirkstoffen. Und schließlich wird nur über die Einstellung eines ausreichend kleinen Mikro-Reaktionsvolumens im Bereich der Zellkultur die Messung von Stoffwechselraten an kleinen Zell- und Gewebekulturen möglich. Hierzu wird ein sog. Drei-Kammer-System verwendet.From central to sensor-assisted cell monitoring is a fluidic component: On the one hand takes place via a regular exchange of cultural media the continuous Supplying the cells with nutrients and removal of metabolites. Furthermore, the system allows the exact metered addition of active ingredients. And finally, just over the setting of a sufficiently small micro-reaction volume in the field of cell culture, the measurement of metabolic rates on small Cell and tissue cultures possible. For this purpose, a so-called. Three-chamber system used.

Ein solches Drei-Kammer-System ist beschrieben und dargestellt in Lob, V. et al. (2005): Cell-based Assays: Mikrosensorarraybasiertes Screening an lebenden Zellen und Geweben. BIOspektrum Sonderausgabe 11, 511–512 , sowie in Brischwein, M. et al. (Februar 2006): Chip statt Maus: Microsensorarrays zur Chemikalienprüfung. Nachrichten aus der Chemie 54, 115–120 .Such a three-chamber system is described and illustrated in FIG Lob, V. et al. (2005): Cell-based assays: microsensor array-based screening of living cells and tissues. BIOspektrum Special Edition 11, 511-512 , as in Brischwein, M. et al. (February 2006): Chip instead of mouse: Microsensor arrays for chemical testing. News from Chemistry 54, 115-120 ,

Das Drei-Kammer-System besteht aus drei miteinander verbundenen Kammern. Eine Zu- und eine Ablaufkammer nehmen das an der Zellmessung beteiligte Fluid in sich auf. In einer Zellkulturkammer, befindet sich das zu untersuchende biologische Material. Ein Sensorchip schließt das Fluidsystem nach unten hin ab. Um das System in Betrieb zu setzen, muss das Drei-Kammer-System zuerst komplett mit Flüssigkeit gefüllt werden. Nur so kann verhindert werden, dass es beim Einführen des Verschlusskörpers zu keinen Lufteinschlüssen kommt. Dann wird der Verschlusskörper eingeführt. Das gesamte zu verdrängende Medium wird dabei durch Verbindungskanäle auf Höhe des Zellkulturbereichs in die Zu- bzw. Ablaufkammer abgeführt.The Three-chamber system consists of three interconnected chambers. An inlet and an outlet chamber take part in the cell measurement Fluid in itself. In a cell culture chamber, this is located to be examined biological material. A sensor chip closes down the fluid system. To put the system into operation, must the three-chamber system first complete with liquid be filled. Only then can it be prevented during insertion of the closure body to none Air bubbles comes. Then the closure body introduced. The entire medium to be displaced is thereby connected by connecting channels at the level of Cell culture area discharged into the inlet and outlet chamber.

In der DE 199 20 811 A1 ist ein Fluidsystem beschrieben, das aus einem Perfusionskörper besteht. In eine nur nach oben geöffnete Kavität (Zellkammer) wird ein Zylinder mit Kanälen zum Fluidtransport eingeführt. Dabei ist wichtig, dass der von oben eingeführte Körper aufgrund seiner Verdrängung ein Reaktionsvolumen oberhalb der Zellkultur definiert. Um das Fluid oberhalb der Zellen austauschen zu können, besteht eine Flüssigkeitsbrücke zwischen dem Reaktionsvolumen und einem Reservoir oberhalb der Probe. Diese Brücke entsteht durch einen verkleinerten Durchmesser des Verdrängungskörpers gegenüber der Zellkammer. Diese Geometrie erlaubt erst das Einführen des Perfusionskörpers, da das zu verdrängende Medium nach oben entweichen kann. Es gibt jedoch mehrere Nachteile dieser Geometrie. Die Austauschfläche (Brücke) zwischen Reaktionsvolumen und Reservoir ist sehr groß. Sie kann auch nicht beliebig verkleinert werden, da dies zu einer Vergrößerung des Radius des Perfusionskörpers führen würde, da sich sonst der Perfusionskörper nicht mehr einführen lässt, weil das Medium nur nach oben entweichen kann. Je größer die Fläche der Flüssigkeitsbrücke ist, umso stärker wirken sich unerwünschte Diffusionseffekte auf die Messergebnisse aus.In the DE 199 20 811 A1 a fluid system is described which consists of a perfusion body. A cylinder with channels for fluid transport is introduced into an upwardly open cavity (cell chamber). It is important that the introduced from above body due to its displacement defines a reaction volume above the cell culture. In order to exchange the fluid above the cells, there is a liquid bridge between the reaction volume and a reservoir above the sample. This bridge is created by a reduced diameter of the displacement body relative to the cell chamber. This geometry allows only the introduction of the perfusion body, since the medium to be displaced can escape upwards. However, there are several disadvantages of this geometry. The exchange area (bridge) between reaction volume and reservoir is very large. It can not be reduced arbitrarily, as this would lead to an increase in the radius of the perfusion body, since otherwise the perfusion body can not be inserted because the medium can only escape upwards. The larger the area of the liquid bridge, the more unwanted diffusion effects affect the measurement results.

Ein weiterer Nachteil der Geometrie liegt in der erschwerten Verschließung der Zellkulturkammer. Es kann zu Lufteinschlüssen beim Einführen des Perfusionskörpers kommen. Ebenso wird beim Verdrängen des Fluids ein erhöhter Druck auf die Zellkultur ausgeübt.One Another disadvantage of the geometry lies in the difficult closure the cell culture chamber. It can cause air pockets Introduce the perfusion body come. As well When the fluid is displaced, it becomes an elevated pressure exercised on the cell culture.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein gattungsgemäßes Zellchipsystem bereitzustellen, das eine vereinfachte Einrichtung und Messvorbereitung ermöglicht.It Object of the invention to avoid these disadvantages and to provide a generic cell chip system, which allows a simplified setup and measurement preparation.

Diese Erfindung wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.These Invention is characterized by the features listed in claim 1 solved. Advantageous developments emerge from the Dependent claims.

Erfindungsgemäß weist die Zellkulturkammer mindestens einen Ableitkamin auf, über den beim vertikalen Herunterschieben des Verdrängungskörpers das darunter befindliche Fluid ableitbar ist, wobei der mindestens eine Ableitkamin in der unteren Endstellung des Verdrängungskörpers verschlossen ist.According to the invention the cell culture chamber at least one discharge chimney, about when the vertical displacement of the displacement body the underlying fluid is derivable, wherein the at least a discharge chimney in the lower end position of the displacement body is closed.

Dieser mindestens eine Ableitkamin leitet beim Einführen des Verdrängungskörpers in der Hauptkammer befindliches überschüssiges Medium ab. Wichtig dabei ist, dass der Ableitkamin durch das vollständige Einführen des Verdrängungskörpers verschlossen wird, also nicht bis zum Boden der Hauptkammer bzw. zum oberen Ende der Zellkulturkammer reicht.This at least one discharge chimney leads during insertion of the displacement body in the main chamber located excess Medium off. It is important that the discharge chimney through the complete Insertion of the displacement body closed is, so not to the bottom of the main chamber or the upper end the cell culture chamber is enough.

Durch die Geometrie des erfindungsgemäßen Systems, bei dem die Versorgungsreservoirs (die Zu- und Ableitkammern) seitlich zu der Messkammer angeordnet sind, wird das Einführen des Verdrängungskörpers mit Hilfe der Ableitkamine erst handhabbar.By the geometry of the system according to the invention, in the supply reservoirs (the supply and Ableitkammern) laterally are arranged to the measuring chamber, the insertion of the displacement body only manageable with the help of discharge chimneys.

Das System kann nun zu jedem Zeitpunkt geöffnet und geschlossen werden, ohne dass Luft bzw. überhöhter Druck an die in der Messkammer befindliche Zellkultur gelangt. Herkömmlicherweise musste das Drei-Kammer-System vor dem Schließen vollständig ge flutet werden und verdrängtes Medium wurde vom System nicht selbst aufgefangen. Die Belastung auf die Zellkultur aufgrund des erhöhten Druckes und der Scherkräfte, die beim Abfluss des Mediums nur durch die Verbindungskanäle zwischen Zellkulturkammer und Zusatzbehälter beim Schließvorgang des Systems entstehen, kann durch die Erfindung minimiert werden.The System can now be opened and closed at any time without air or excessive pressure the cell culture located in the measuring chamber arrives. Traditionally, had to the three-chamber system before closing completely flooded and displaced medium was from the system not caught yourself. The strain on the cell culture due of increased pressure and shear forces that at the outflow of the medium only through the connecting channels between cell culture chamber and additional container during the closing process of the system can be minimized by the invention.

Bei einer Entfernung des Verdrängungskörpers wird ferner die Vermischung von Medium überhalb der Zellkultur und Medium aus einem der Zu- bzw. Ablaufbehälter minimiert.at a distance of the displacement body is furthermore the mixing of medium above the cell culture and minimizes medium from one of the inlet and outlet containers.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Zellchipsystems ist es möglich, lebende Zellen realitätsnah, d. h. nahezu wie in ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen und zwar in Echtzeit, dynamisch und multiparametrisch. Das System erlaubt somit ganz allgemein Aussagen zur Vitalität der untersuchten Zellen und kann detektieren ob und in welchem Ausmaß die Vitalität der Zellen durch Exposition von Wirkstoffen, Giften oder Umwelteinflüssen (inkl. Gase, Strahlung) verändert/beeinträchtigt wird. Dadurch ergeben sich insbesondere die folgenden Anwendungen:

  • – individuelle Sensitivitätsanalyse: Von individuellen Patienten (z. B. Krebspatienten) entnommene Zellproben werden hinsichtlich ihres Ansprechens auf unterschiedliche (z. B. Krebs-) Medikamente (einschließlich Medikamentenkombinationen und verschiedene Dosierungen) untersucht. Somit erhält der behandelnde Arzt eine wertvolle Entscheidungshilfe für die in diesem Fall effizienteste Therapieoption, gewinnt Zeit und erspart eine ggf. weniger wirksame, mit Nebenwirkungen belastete und teure Behandlung. Ähnliches Vorgehen ist neben Krebs auch bei Infektionserkrankungen (Bakterien, Pilze) und in allen weiteren Situationen anwendbar, bei denen unerwünschte Zellen bzw. Mikroorganismen medikamentös geschwächt oder abgetötet werden sollen, ohne den eigenen Organismus zu schädigen. Ebenso lässt sich an verschiedenen Zellproben eines Individuums (z. B. Muskelzellen, und Nervenzellen, Blutzellen, Hautzellen, Lymphzellen) das Ansprechen von therapeutischen Alternativen testen.
  • – Wirkstoffscreening: An Hand von Zellen/Zellkulturen (von denen das Ansprechverhalten auf pharmakologisch aktive Substanzen bekannt ist) werden verschiedene Wirkstoff-Kandidaten für neue Medikamente auf ihre Wirksamkeit hin getestet.
  • – Ersatz von Tier- und Humanversuchen: Neue Wirkstoffe/Medikamentenkandidaten werden anstatt im Tier- bzw. Humanversuch an Zellproben auf ihre Wirksamkeit oder Sicherheit hin getestet.
  • – Toxizitätstests: Substanzen (Flüssigkeiten, Gase), sowie Strahlen deren toxisches Potenzial untersucht werden soll, werden mit Zellen/Zellkulturen konfrontiert, von denen bekannt ist, dass sie sensitiv auf toxische Effekte reagieren. Anwendbar z. B. im Gewässerschutz oder Immissionsschutz.
  • – Biochemische Prozesskontrolle: Verfolgung biochemischer Prozesse bei Fermentierung und Brauprozessen; Überwachung der Vitalität/Aktivität der eingesetzten Organismen (Hefen, Bakterien).
  • – Zellbiologische Anwendungen: Überprüfung der Vitalität von z. B. Stammzellen, Eizellen, Samenzellen, etc.
With the aid of the cell chip system according to the invention, it is possible to examine living cells in a realistic manner, ie almost as in their natural environment, in real time, dynamically and multiparametrically. Thus, the system allows conclusions about the vitality of the examined cells in general terms and can detect whether and to what extent the vitality of the cells is changed / impaired by exposure to active substances, toxins or environmental influences (including gases, radiation). This results in the following applications in particular:
  • - Individual sensitivity analysis: Cell samples taken from individual patients (eg cancer patients) are screened for their response to different (eg cancer) drugs (including drug combinations and different dosages). Thus, the attending physician receives a valuable decision-making aid for the most efficient treatment option in this case, gains time and saves a possibly less effective, burdened with side effects and expensive treatment. In addition to cancer, similar procedures can also be applied to infectious diseases (bacteria, fungi) and in all other situations in which unwanted cells or microorganisms are to be medically weakened or destroyed without damaging one's own organism. Likewise, it is possible to test the response of therapeutic alternatives to various cell samples of an individual (eg, muscle cells, and nerve cells, blood cells, skin cells, lymphoid cells).
  • - Drug Screening: Cell / cell cultures (which are known to respond to pharmacologically active substances) are used to test the effectiveness of various drug candidates for new drugs.
  • - Replacement of animal and human experiments: New drugs / drug candidates are tested instead of animal or human experiments on cell samples on their effectiveness or safety.
  • - Toxicity tests: Substances (liquids, gases) and radiation whose toxic potential is to be investigated are confronted with cells / cell cultures that are known to be sensitive to toxic effects. Applicable z. B. in water pollution control or pollution control.
  • - biochemical process control: monitoring of biochemical processes in fermentation and brewing processes; Monitoring the vitality / activity of the organisms used (yeasts, bacteria).
  • - Cell biological applications: checking the vitality of z. Stem cells, oocytes, sperm cells, etc.

Vorzugsweise sind zwei Ableitkamine vorgesehen, die sich bezüglich der Hauptkammer gegenüberliegen.Preferably two discharge chimneys are provided, which are related to the Opposite main chamber.

Sofern vorzugsweise die Ableitkamine nach oben hin offen sind, ist gewährleistet, dass beim Einführen des Verdrängungskörpers zuerst Medium mit geringerer Dichte (Luft) und später Medium mit größerer Dichte (Flüssigkeit) abgeführt wird. Erst kurz bevor das Reaktionsvolumen in der Zellkulturkammer endgültig definiert wird durch die untere Endstellung des Verdrängungskör pers, enden die Ableitkamine. Der Zellkulturbereich ist somit in der Messstellung nach oben hin verschlossen.Provided preferably the discharge chimneys are open at the top, it is ensured that during insertion of the displacement body first medium with lower density (air) and later medium discharged with greater density (liquid) becomes. Just before the reaction volume in the cell culture chamber is definitively defined by the lower end position of the Displacement body pers, the discharge chimneys end. Of the Cell culture area is thus closed at the top in the measuring position.

Da die Ableitkamine das Flüssigkeitsreservoir in der Zu- bzw. Ableitkammer mit der Hauptkammer verbinden, ergibt sich ein weiterer Vorteil bei einem beimpften geöffneten System, bei dem der Verdrängungskörper nicht eingeführt ist. Das Flüssigkeitsvolumen oberhalb der Zellen, das als Nährstoffdepot dient, ist stark vergrößert und ermöglicht somit eine längere Versorgung der Zellen ohne zusätzlichen Bedienaufwand.There the diversion chimneys the liquid reservoir in the supply or Connecting the discharge chamber with the main chamber, there is another Advantage in a vaccinated open system in which the displacement body not introduced is. The volume of fluid above the cells, called as Nutrient Depot serves is greatly enlarged and thus allows a longer supply of Cells without additional operating effort.

Die Höhe des unteren Endes des mindestens einen Ableitkamins über dem Boden der Zellkulturkammer beträgt mindestens 0,1 mm, vorzugsweise 0,5–3 mm.The Height of the lower end of the at least one discharge chimney on the bottom of the cell culture chamber is at least 0.1 mm, preferably 0.5-3 mm.

Jeder Ableitkamin weist vorzugsweise einen Querschnitt von 5–10 mm2, bevorzugt zwischen 40–80 mm2 auf, weil dieser bei einer schnellen Einführung des Verdrängungskörpers das überschüssige Fluid ausreichend schnell abführen muss. Wenn zwei Ableitkamine vorgesehen sind, ist der Querschnitt pro Ableitkamin vorzugsweise kleiner als wenn nur ein Ableitkamin vorgesehen ist.Each diverting chimney preferably has a cross section of 5-10 mm 2 , preferably between 40-80 mm 2 , because it must dissipate the excess fluid sufficiently quickly with a rapid introduction of the displacement body. If two Ableitkamine are provided, the cross section per discharge chimney is preferably smaller than if only one discharge chimney is provided.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der Ableitkamin dadurch gebildet, dass die Wandung zwischen Zulauf- bzw. Ablaufkammer und Hauptkammer im Wesentlichen entlang der gesamten vertikalen Erstreckung bis oberhalb des oberen Endes der Zellkulturkammer durchbrochen ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass das Flüssigkeitsreservoir bei herausgenommenem Verdrängungskörper erheblich erweitert ist, weil Zulaufkammer, Hauptkammer und Ablaufkammer einen gemeinsamen Raum bilden.According to one preferred embodiment of the invention, the discharge chimney is characterized formed, that the wall between inlet and outlet chamber and Main chamber substantially along the entire vertical extent breached above the upper end of the cell culture chamber is. This design has the advantage that the liquid reservoir with removed displacement body considerably is extended, because inlet chamber, main chamber and drain chamber a forming a common space.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. Dabei zeigt:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment further explained in the accompanying drawing. Showing:

1: eine schematische Schnittdarstellung eines Zellchipsystems, und 1 a schematic sectional view of a cell chip system, and

2: eine schematische perspektivische Ansicht des Zellchipsystems von 1 2 FIG. 2: a schematic perspective view of the cell chip system of FIG 1

Die in den Zeichnungen dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines Zellchipsystems 10 besteht aus einer Zulaufkammer 12, einer Hauptkammer 14 und einer Ablaufkammer 16, die über Verbindungskanäle 18a, 18b derart miteinander in Verbindung stehen, dass ein flüssiges Medium aus der Zulaufkammer 12 über den Verbindungskanal 18a in den im Bodenbereich der Hauptkammer 14 ausgebildeten Zellkulturkammer 20, und von dort über den Verbindungskanal 18b in die Ablaufkammer 16 strömen kann. Die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Strömungsrichtung wird durch an die Zulauf- bzw. Ablaufkammern 12, 16 angelegten Über- bzw. Unterdrücke bestimmt. Unterhalb der Zellkulturkammer 20 ist ein Sensorchip 22 angeordnet, über den Messwerte erfasst werden können.The illustrated in the drawings preferred embodiment of a cell chip system 10 consists of an inlet chamber 12 , a main chamber 14 and a drain chamber 16 that have connection channels 18a . 18b communicate with each other in such a way that a liquid medium from the inlet chamber 12 over the connection channel 18a in the bottom area of the main chamber 14 trained cell culture chamber 20 , and from there via the connection channel 18b in the drainage chamber 16 can flow. The flow velocity or flow direction is through to the inlet and outlet chambers 12 . 16 applied positive or negative pressures determined. Below the cell culture chamber 20 is a sensor chip 22 arranged over which measured values can be recorded.

In der Hauptkammer 14 ist ein Verdängungskörper 24 angeordnet, der näherungsweise dichtend in der Hauptkammer 14 auf und ab bewegbar und auch vollständig entnehmbar ist. Vorzugsweise hat die Hauptkammer 14 und der Verdrängungskörper aus fertigungstechnischen Gründen einen kreisförmigen Querschnitt.In the main chamber 14 is a displacement body 24 arranged, the approximately sealing in the main chamber 14 movable up and down and also completely removable. Preferably, the main chamber has 14 and the displacement body for manufacturing reasons a circular cross-section.

In der Verbindungswand zwischen Zulaufkammer 12 und Hauptkammer 14 bzw. zwischen Hauptkammer 14 und Ablaufkammer 16 ist jeweils ein vertikaler Schlitz 26a, 26b eingearbeitet, welche die erfindungsgemäßen Ablaufkamine 26 bilden. Die Schlitze 26a, 26b erstrecken sich von ganz oben bis zu einer Höhe von vorzugsweise 0,5–3 mm oberhalb des Bodens der Zellkulturkammer 20, damit diese durch den Verdrängungskörper 24 in seiner in 1 gezeigten unteren Endstellung verschlossen ist.In the connecting wall between inlet chamber 12 and main chamber 14 or between the main chamber 14 and drain chamber 16 is each a vertical slot 26a . 26b incorporated, which the inventive fireplaces 26 form. The slots 26a . 26b extend from the top to a height of preferably 0.5-3 mm above the bottom of the cell culture chamber 20 so that these through the repressive body 24 in his in 1 closed bottom end position is closed.

Im Betrieb wird eine Zellkulturlösung in eine der drei Kammern 12, 14, 16 des Zellchipsystems eingeführt und zwar im wesentlichen bis alle drei Kammern gefüllt sind. Sodann wird der Ver drängungskörper 24 eingesetzt und nach unten geschoben, wobei unter dem Verdrängungskörper 24 befindliche Luft oder Lösung seitlich über die Ablaufkamine 26 in die seitlichen Zu- und Ablaufkammern 12, 16 abströmen kann. Wenn sich der Verdrängungskörper 24 seiner unteren Entstellung nähert, überfährt er die unteren Enden der Ableitkamine 26, sodass damit die Verbindungen zwischen Zellkulturkammer 20 und Zu- bzw. Ablaufkammer 12, 16 über die Ableitkamine 26 verschlossen sind. Danach kann überschüssige Lösung die Zellkulturkammer 20 nur noch über die Verbindungskanäle 18 verlassen, bis der Verdrängungskörper 24 seine untere Endstellung erreicht hat.In operation, a cell culture solution is placed in one of the three chambers 12 . 14 . 16 introduced the cell chip system and that essentially until all three chambers are filled. Then the Verängungskörper 24 inserted and pushed down, taking under the displacement body 24 air or solution at the side over the drainage chimneys 26 in the side inlet and outlet chambers 12 . 16 can flow out. When the displacement body 24 approaching its lower dislocation, it passes over the lower ends of the diversion chimneys 26 so that allows the connections between cell culture chamber 20 and inlet and outlet chamber 12 . 16 over the discharge chimneys 26 are closed. After that, excess solution can enter the cell culture chamber 20 only via the connection channels 18 leave until the repressive body 24 has reached its lower end position.

Anschließend wird zwischen Zulaufkammer 12 und Ablaufkammer 16 ein gezielter Pegelunterschied erzeugt, der zu einer hydrostatischen Druckdifferenz zwischen beiden Kammern 12, 16 führt, wodurch Zellkulturlösung aus der Zulaufkammer 12 über den Verbindungskanal 18a in die Zellkulturkammer 20 strömt. Über den Sensorchip 22 werden Messwerte der zu messenden physikalischen Größen der dort stattfindenden Stoffwechselvorgänge gemessen, bevor die Lösung über den Verbindungskanal 18b in die Ablaufkammer 16 abströmt.Subsequently, between inlet chamber 12 and drain chamber 16 generates a targeted level difference, which leads to a hydrostatic pressure difference between the two chambers 12 . 16 leads, causing cell culture solution from the inlet chamber 12 over the connection channel 18a into the cell culture chamber 20 flows. About the sensor chip 22 measured values of the measured physical quantities of the metabolic processes taking place there are measured before the solution via the connecting channel 18b in the drainage chamber 16 flows.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19920811 A1 [0006] - DE 19920811 A1 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Lob, V. et al. (2005): Cell-based Assays: Mikrosensorarraybasiertes Screening an lebenden Zellen und Geweben. BIOspektrum Sonderausgabe 11, 511–512 [0004] - Lob, V. et al. (2005): Cell-based assays: microsensor array-based screening of living cells and tissues. BIOspektrum Special Edition 11, 511-512 [0004]
  • - Brischwein, M. et al. (Februar 2006): Chip statt Maus: Microsensorarrays zur Chemikalienprüfung. Nachrichten aus der Chemie 54, 115–120 [0004] Brischwein, M. et al. (February 2006): Chip instead of mouse: Microsensor arrays for chemical testing. News from Chemistry 54, 115-120 [0004]

Claims (9)

Zellchipsystem mit einer Zulaufkammer (12), einer Hauptkammer (14), in deren Bodenbereich sich eine Zellkulturkammer (20) mit darunter angeordnetenm Sensorchip (22) befindet, sowie einer Ablaufkammer (16), wobei zwischen Zulaufkammer (12) und Zellkulturkammer (20) sowie zwischen Zellkulturkammer (20) und Ablaufkammer (16) jeweils Verbindungskanäle (18a, 18b) vorgesehen sind, wobei ferner ein in der Hauptkammer (14) eingepasster, vertikal verschiebbarer Verdrängungskörper (24) vorgesehen ist, der in der unteren Endstellung die Zellkulturkammer (20) nach oben hin begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellkulturkammer (20) mindestens einen Ableitkamin (26) aufweist, über den beim vertikalen Herunterbewegen des Verdrängungskörpers (24) das darunter befindliche Fluid ableitbar ist, wobei der mindestens eine Ableitkamin (26) in der unteren Endstellung des Verdrängungskörpers (24) verschlossen ist.Cell chip system with an inlet chamber ( 12 ), a main chamber ( 14 ), in whose bottom area a cell culture chamber ( 20 ) with a sensor chip arranged underneath ( 22 ), and a drain chamber ( 16 ), between inlet chamber ( 12 ) and cell culture chamber ( 20 ) as well as between cell culture chamber ( 20 ) and drain chamber ( 16 ) each connection channels ( 18a . 18b ), further comprising one in the main chamber ( 14 ) fitted, vertically displaceable displacement body ( 24 ) is provided, which in the lower end position, the cell culture chamber ( 20 ) is limited to the top, characterized in that the cell culture chamber ( 20 ) at least one discharge chimney ( 26 ), over which the vertical downward movement of the displacement body ( 24 ) the underlying fluid is derivable, wherein the at least one discharge chimney ( 26 ) in the lower end position of the displacement body ( 24 ) is closed. Zellchipsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich bezüglich der Hauptkammer (14) gegenüberliegende Ableitkamine (26a, 26b) vorgesehen sind.Cell chip system according to claim 1, characterized in that two are arranged relative to the main chamber ( 14 ) opposite discharge chimneys ( 26a . 26b ) are provided. Zellchipsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des mindestens einen Ableitkamins (26) in einen Sammelbehälter mündet.Cell chip system according to claim 1, characterized in that the other end of the at least one discharge chimney ( 26 ) opens into a collection container. Zellchipsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter die Zulaufkammer (12) oder die Ableitkammer (16) ist.Cell chip system according to claim 3, characterized in that the collecting container, the inlet chamber ( 12 ) or the discharge chamber ( 16 ). Zellchipsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ableitkamin (26) dadurch gebildet ist, dass die Wandung zwischen Zulauf- bzw. Ablaufkammer (12, 16) und Hauptkammer (14) im wesentlichen entlang der gesamten vertikalen Erstreckung bis oberhalb des oberen Endes der Zellkulturkammer (20) durchbrochen ist.Cell chip system according to claim 1, characterized in that the at least one discharge chimney ( 26 ) is formed by the fact that the wall between inlet and outlet chamber ( 12 . 16 ) and main chamber ( 14 ) substantially along the entire vertical extent to above the upper end of the cell culture chamber ( 20 ) is broken. Zellchipsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ableitkamin (26) einen Querschnitt hat von 5–10 mm2, vorzugsweise von 40–80 mm2 aufweist.Cell chip system according to claim 3, characterized in that the at least one discharge chimney ( 26 ) has a cross section of 5-10 mm 2, preferably 40-80 mm 2. Zellchipsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ableitkamin (26) mindestens 0,5 mm, bevorzugt 1 mm–3 mm über dem Boden der Zellkulturkammer (20) endet.Cell chip system according to claim 1, characterized in that the at least one discharge chimney ( 26 ) at least 0.5 mm, preferably 1 mm-3 mm above the bottom of the cell culture chamber ( 20 ) ends. Anwendung des Zellchipsystems nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Sensitivitätsanalyse, bei der Zellproben unterschiedlichen Wirkstoffen bzw. Wirkstoffzusammensetzungen ausgesetzt werden.Application of the cell chip system to one or more of the preceding claims for sensitivity analysis, in the cell samples different active ingredients or active ingredient compositions get abandoned. Anwendung des Zellchipsystems nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur biochemischen Prozesskontrolle, bei der in biochemische Prozessen, insbesondere bei der Fermentierung, die Vitalität bzw. Aktivität der eingesetzten Organismen überwacht wird.Application of the cell chip system to one or more of the preceding claims for biochemical process control, in biochemical processes, especially in fermentation, the vitality or activity of the used Organisms is monitored.
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